史俊杰 凌志東 吳云貴

（長(zhǎng)虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

滾筒洗衣機(jī)主要包括箱體和懸掛系統(tǒng)兩大部分，是一個(gè)典型的震動(dòng)系統(tǒng)，其中具體可分化為箱殼和吊簧、減震器、桶裝部件等組成[1]。對(duì)于滾筒洗衣機(jī)震動(dòng)及噪音是不可或缺的性能，尤其是超薄滾筒洗衣機(jī)。在懸掛系統(tǒng)與箱體之間存在吊簧和減震器，因此懸掛系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)因偏心質(zhì)量回轉(zhuǎn)引起的簡(jiǎn)諧受迫震動(dòng)系統(tǒng)而箱體的震幅是由桶裝部件在旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)吊簧及減震器等連接部件傳遞的[2]，如何降低箱體震幅及降低整機(jī)噪音，可以改變連接部件減震器。業(yè)內(nèi)經(jīng)常會(huì)調(diào)試減震器的角度及減震器的阻尼力從而選取出最優(yōu)解，在對(duì)減震器的進(jìn)行深入研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以調(diào)試減震器的隔震能力，通過(guò)更改減震器連接箱體的方式。傳統(tǒng)的滾筒洗衣機(jī)減震器大都為剛性連接，本文通過(guò)更改減震器的連接底座，將剛性底座改為柔性底座。在連接處增加減震橡膠，現(xiàn)如今減震橡膠大量引用于各種行業(yè)的牽引、減震和支承作用[3]，通過(guò)減震橡膠的吸震達(dá)到降低震幅及整機(jī)噪音的目的。

1 滾筒洗衣機(jī)震動(dòng)的力學(xué)模型及數(shù)學(xué)模型

單自由度系統(tǒng)分析的特點(diǎn)是將箱體假設(shè)為剛體，不考慮底角和鈑金件的剛度，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為：

式中：

m—吊裝系統(tǒng)總質(zhì)量；

c—黏性阻尼系數(shù)；

k—吊簧總剛度；

m0—隨機(jī)產(chǎn)生的偏心質(zhì)量；

r—偏心質(zhì)量產(chǎn)生位置所反映的偏心半徑（以內(nèi)桶半徑為上限）；

ω—系統(tǒng)受迫震動(dòng)圓頻率。

解微分方程得到：

式中前半部分為由初始條件反映的瞬態(tài)解，后半部分為穩(wěn)態(tài)解。X0與 0φ是由震動(dòng)初始條件決定的：

式中其他符號(hào)算法如下：

式中：

ξ—阻尼比；

ωn—固有頻率；

ωd—阻尼振動(dòng)頻率；

λ—頻率比。

分析外桶的震幅用（4）式計(jì)算，分析外桶震幅共震點(diǎn)用（6）式。在震動(dòng)的穩(wěn)態(tài)階段，經(jīng)過(guò)吊簧和阻尼減震器傳遞到箱體上的力為:

此力的大小為：

如果需要考慮箱體等效剛度和底腳硬度對(duì)箱體震動(dòng)的影響，合理設(shè)計(jì)外桶與箱體側(cè)板、頂連扳、底板等部件間的間距，則需要在單自由度受迫震動(dòng)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，引入二自由度受迫震動(dòng)分析模型。

2 震動(dòng)對(duì)比分析

對(duì)于滾筒洗衣機(jī)的減震系統(tǒng)的三大影響因素分別為：吊簧、減震器、配重塊。引起滾筒洗衣機(jī)振動(dòng)的因子有很多種，其中帶水衣物產(chǎn)生的偏心力矩是造成滾筒洗衣機(jī)振動(dòng)的主要原因[4-5]。對(duì)于抗偏心力矩懸掛系統(tǒng)中的減震器又為重中之中，減震器包含了阻尼減震器及與底連板相連的底座，柔性底座的引用及調(diào)整減震器的角度可能會(huì)有利于箱體的震動(dòng)及整機(jī)的震動(dòng)。

2.1 工裝模型

考慮到試驗(yàn)時(shí)需要不間斷的更換減震器底座，故利用工裝代替整機(jī)以此簡(jiǎn)化試驗(yàn)。工裝示意圖如圖1和圖2所示，白圈處為加速度響應(yīng)傳感器。

圖1 工裝模型示意圖

圖2 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

將整個(gè)懸掛系統(tǒng)改裝置工裝中，在布置相應(yīng)傳感器進(jìn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)分別采用丁基柔性底座、丁腈柔性底座及剛性底座在低速和高速兩種工況下分別進(jìn)行測(cè)試及采集數(shù)據(jù)，對(duì)于外桶震動(dòng)中外桶左右震幅及外桶扭震是值得關(guān)注的地方，所以本文采用外桶前置左右方向、外桶中置左右方向、外桶左后前后方向位移進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2 試驗(yàn)方法

震動(dòng)試驗(yàn)方法如下：第一步通過(guò)傳感器采集外桶加速度響應(yīng)信號(hào)，第二步通過(guò)二次積分獲得震動(dòng)信號(hào)，第三步進(jìn)行對(duì)比分析柔性底座的可靠性。使用東華測(cè)試設(shè)備對(duì)外桶的加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采集，本次的采樣頻率選取值定為1 000 Hz，采樣間隔為△t=1/1 000 s，采樣時(shí)長(zhǎng)為230 s。加速度響應(yīng)信號(hào)及二次積分位移圖如圖3、圖4所示。

圖3 加速度響應(yīng)信號(hào)圖

圖4 二次積分圖

2.3 低速震動(dòng)試驗(yàn)

低速試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出在低速運(yùn)動(dòng)中三種底座互有優(yōu)劣，柔性底座較剛性底座對(duì)于震幅減小貢獻(xiàn)更大，對(duì)于底座的材質(zhì)任需要進(jìn)行更多試驗(yàn)已選出最優(yōu)解。圖中底板移動(dòng)距離代指減震器角度，底板移動(dòng)距離越小減震器角度越小。

圖5 低速震動(dòng)數(shù)據(jù)分析圖

2.4 高速震動(dòng)試驗(yàn)

高速試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出三種底座在高速下震動(dòng)相當(dāng)。

圖6 高速震動(dòng)數(shù)據(jù)分析圖

3 噪音對(duì)比分析

噪音測(cè)試分別在工裝及整機(jī)上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試分析，用手持式噪音儀測(cè)試工裝噪音，用噪音房測(cè)試整機(jī)噪音。

3.1 工裝噪音對(duì)比分析

保持同一工況下，利用手持式噪音儀測(cè)量對(duì)工裝進(jìn)行噪音測(cè)試。三種底座在不同的減震器角度下的噪音情況如圖7所示。

從圖7可知，在同工況下柔性底座在工裝上的噪音值要低于剛性底座，柔性底座在工裝上可以起到降噪的作用。

圖7 工裝噪音數(shù)據(jù)分析圖

3.2 整機(jī)噪音對(duì)比分析

經(jīng)過(guò)對(duì)工裝的噪音測(cè)試，可以明顯看出柔性底座的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于產(chǎn)品上如何應(yīng)用還需要落實(shí)于整機(jī)，并在噪音房中按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試分析。整機(jī)噪音測(cè)試分析結(jié)果如圖8。

圖8 整機(jī)噪音數(shù)據(jù)分析圖

圖8中UB 表示對(duì)應(yīng)的桶內(nèi)偏心，轉(zhuǎn)速為實(shí)際轉(zhuǎn)速。在830 的轉(zhuǎn)速下，三者之間的噪音水準(zhǔn)相當(dāng)。當(dāng)運(yùn)行至高速1 120 rpm 及1 320 rpm 時(shí)，丁基柔性底座較優(yōu)于丁腈柔性底座優(yōu)于剛性底座。柔性底座在高速下可以降噪2 dB(A)左右。由此可見(jiàn)柔性底座的引用不僅有利于滾筒洗衣機(jī)的性能研發(fā)，同時(shí)為后續(xù)的研發(fā)思路提供一定的參考價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以超薄滾筒洗衣機(jī)柔性底座為研究對(duì)象，首先通過(guò)力學(xué)分析認(rèn)為柔性底座可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性底座，其次從震動(dòng)角度分析柔性底座對(duì)于超薄滾筒洗衣機(jī)的貢獻(xiàn)，然后對(duì)比剛性底座，最后從噪音角度對(duì)比柔性底座及剛性底座的優(yōu)劣。從試驗(yàn)結(jié)果分析證明了柔性底座運(yùn)用于超薄滾筒洗衣機(jī)對(duì)比剛性底座具有一定的優(yōu)勢(shì)，噪音試驗(yàn)參照國(guó)標(biāo)測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。為后續(xù)超薄滾筒洗衣機(jī)的改善提供有效參考，當(dāng)然提高整機(jī)性能在滾筒洗衣機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用還有許多工作要做，合理的性能研發(fā)提升可以使?jié)L筒洗衣機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加的便捷、高效。